高分子SAP的应用—“尿不湿”中的航天技术 韩官杰16301050169 航天技术的发展大大的扩展了我们所认知的世界,将我们的视野带向了新的领域。不过 早期的航天飞行却有了那么一点点的瑕疵,让宇航员遇上了不可避免的麻烦。 1961年,苏联宇航员加加林要步入发射舱时突感尿急,只好下来顺着太空服的管子向 外排尿:同年,在飞船里迟迟不能发射的美国宇航员谢泼德也遭遇了尿急,指挥官命令他尿 在太空服里。 技术不断发展,终于迎来了让宇航员安心飞行的日子。80年代,“太空服之父”华人 唐鑫源为解决太空人排尿问题,改进了太空服,加入高分子吸收体,发明了能吸水1400毫 升的纸尿片,尿尿才不再是宇航员的难题。技术后来转为民用,就是现在千家万户使用的 “尿不湿” 上文提及的高分子吸水体的真身其实就是高吸水性树脂(简称高分子SAP),它是由 淀粉和丙烯酸盐做主要原料制成的。所谓高吸水性树脂就是一种能吸干相当于自身重量几百 倍甚至几千倍的水,且可保持吸水后不流动而呈现凝胶状态的新型高分子材料。 SAP吸水前后对比图 那么接下来就来说说这神奇的高吸水性树脂。就是它的以下特征使它能足以胜任在载人 航天飞行当中不可或缺的角色 高吸水性树脂的特征 1.高吸水性能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。 2.高吸水速率每克高吸水树脂能在30秒内就吸足数百克的无离子水。 3.高保水性吸水后的凝胶在外加压力下,水也不容易从中挤出来。 4.高膨胀性吸水后的高吸水树脂凝胶体体积随即膨胀数百倍 5.吸氨性低交联型聚丙烯酸盐型高吸水性树脂其分子结构中含有羧基阴离子,遇氨可 将其吸收,有明显的去臭作用 正如特征所说它的吸水性和保水性的确惊人。那它到底是怎么做到的呢?以下就是SAP 的吸水和保水原理。 吸水原理
高分子 SAP 的应用 ——“尿不湿”中的航天技术 韩官杰 16301050169 航天技术的发展大大的扩展了我们所认知的世界，将我们的视野带向了新的领域。不过 早期的航天飞行却有了那么一点点的瑕疵，让宇航员遇上了不可避免的麻烦。 1961 年，苏联宇航员加加林要步入发射舱时突感尿急，只好下来顺着太空服的管子向 外排尿；同年，在飞船里迟迟不能发射的美国宇航员谢泼德也遭遇了尿急，指挥官命令他尿 在太空服里。 技术不断发展，终于迎来了让宇航员安心飞行的日子。80 年代，“太空服之父”华人 唐鑫源为解决太空人排尿问题，改进了太空服，加入高分子吸收体，发明了能吸水 1400 毫 升的纸尿片，尿尿才不再是宇航员的难题。 技术后来转为民用，就是现在千家万户使用的 “尿不湿”。 上文提及的高分子吸水体的真身其实就是高吸水性树脂（简称高分子 SAP）， 它是由 淀粉和丙烯酸盐做主要原料制成的。所谓高吸水性树脂就是一种能吸干相当于自身重量几百 倍甚至几千倍的水，且可保持吸水后不流动而呈现凝胶状态的新型高分子材料。 那么接下来就来说说这神奇的高吸水性树脂。就是它的以下特征使它能足以胜任在载人 航天飞行当中不可或缺的角色。 高吸水性树脂的特征 1.高吸水性 能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。 2.高吸水速率 每克高吸水树脂能在 30 秒内就吸足数百克的无离子水。 3.高保水性 吸水后的凝胶在外加压力下，水也不容易从中挤出来。 4.高膨胀性 吸水后的高吸水树脂凝胶体体积随即膨胀数百倍。 5.吸氨性低交联型聚丙烯酸盐型高吸水性树脂其分子结构中含有羧基阴离子，遇氨可 将其吸收，有明显的去臭作用。 正如特征所说它的吸水性和保水性的确惊人。那它到底是怎么做到的呢？以下就是 SAP 的吸水和保水原理。 吸水原理
高吸水性树脂的分子中含有极性基团,并具有一定的交联度,是一种三维空间网 络结构,这种特殊的化学结构和网络结构,使其吸水方式即又物理吸附,又有化 学吸附和网络吸附,因此它可以吸收成白上千倍的水。 2.在吸水前高分子网络,没有电离成离子对,当与水接触时,会导致离子型亲水基 团的电离,同时亲水基与水分子的水合作用也使高分子网状结构扩张。如果高吸 水性树脂中阴离子固定于分子链上,阳离子是可移动的,则当阳离子向外扩散后 形成的阴离子间的静电斥力也促使网络结构发生扩张。而为了维持电中性,阳离 子不能自由地向外部溶剂扩散,导致阳离子在树脂网络内外的浓度差增大,形成 一定的浓度梯度,从而造成网络结构内外产生渗透压,由此而产生的渗透压使水 分子进一步渗入,这样就可吸收大量的水分。随着网络扩张,其弹性收缩力也在 曾加,将逐步抵消阴离子间的静电斥力,最终达到吸水平衡 o Polymer chain with electrically charged groups Intermolecular bond Water is a molecule with dipolar characteristic 6⊙ SAP的离子型网络结构 6⊙ 保水原理 树脂三维交联结构组织SAP网络吸水无限制扩大 2.由于高吸水性树脂是分子中含有亲水基团和疏水基团的交联型高分子电解质,当 亲水基团与水分子形成自由水合状态时,树脂的疏水基团因疏水相互作用而折向 内侧,形成局部疏水性的微粒结构,可使进入网络的水失去活动性。因此,高吸 水性树脂的吸水主要是靠内部的三维网络的作用,吸收大量的自由水储存在网状 结构内,也就是说水分子封闭在网络里,这是网络的物理吸附,只是水分子运动受 到限制,而不是牢固的化学吸附
1. 高吸水性树脂的分子中含有极性基团，并具有一定的交联度，是一种三维空间网 络结构，这种特殊的化学结构和网络结构，使其吸水方式即又物理吸附，又有化 学吸附和网络吸附，因此它可以吸收成白上千倍的水。 2. 在吸水前高分子网络，没有电离成离子对，当与水接触时,会导致离子型亲水基 团的电离，同时亲水基与水分子的水合作用也使高分子网状结构扩张。如果高吸 水性树脂中阴离子固定于分子链上，阳离子是可移动的，则当阳离子向外扩散后， 形成的阴离子间的静电斥力也促使网络结构发生扩张。而为了维持电中性，阳离 子不能自由地向外部溶剂扩散，导致阳离子在树脂网络内外的浓度差增大，形成 一定的浓度梯度，从而造成网络结构内外产生渗透压，由此而产生的渗透压使水 分子进一步渗入,这样就可吸收大量的水分。随着网络扩张，其弹性收缩力也在 增加，将逐步抵消阴离子间的静电斥力，最终达到吸水平衡。 保水原理 1. 树脂三维交联结构组织 SAP 网络吸水无限制扩大。 2. 由于高吸水性树脂是分子中含有亲水基团和疏水基团的交联型高分子电解质，当 亲水基团与水分子形成自由水合状态时，树脂的疏水基团因疏水相互作用而折向 内侧，形成局部疏水性的微粒结构，可使进入网络的水失去活动性。因此，高吸 水性树脂的吸水主要是靠内部的三维网络的作用，吸收大量的自由水储存在网状 结构内，也就是说水分子封闭在网络里,这是网络的物理吸附,只是水分子运动受 到限制，而不是牢固的化学吸附
当高吸水性树脂用于航天飞行为宇航员们解决了巨大的困扰之后,并没有停止自己的 脚步。现在当年的航天技术早已得到了广泛的普及走入了家家户户。它的问世和普及不仅让 婴儿们穿上了方便而又舒适的纸尿裤,也让妇女们是用上了舒适方便的卫生巾。它在成人失 禁用品上的应用也为那些不幸坐上轮椅或下身麻痹的残疾人带来了福音。它也用于制作宠物 垫,给那些爱宠人士带来了不少的方便。现在SAP在以上个人卫生的用途已达到了90%。除 此之外,SAP还当作保水剂在防洪袋,电缆阻水剂,食品包装材料以及农业与医疗中也得到 了广泛的应用。随着其应用领域的不断扩展,高吸水性树脂的发展前景是不可限量的 高吸水性树脂应用植物生长促进剂 植物生育促进剂 苗木移植保存剂、土壤改良剂 水果、藐菜保鲜剂 结霜防止剂、调湿剂 工业脱水材料(油与溶剂脱水剂、千燥剂〕 吸水性涂料、防污涂料、易测高涂料加工 冷却剂用添加剂 重金属高手吸附剂 卫生用品(餐巾、漱布、手纸、纸巾) 食品工业用吸附剂 静电防止剂 略固定试剂 技术再好也有利与弊,高吸水性树脂的应用也是如此。它在个人卫生穿戴上的应用给人 们带来了巨大的方便,让人们省时省力。不过用强大的吸水性牺牲掉的则是优良的透气性 它的不透气性会造成人们皮肤的不适,对于皮肤敏感的人群会有一定的局限性,严重者还会 引起红疹等皮肤病。而且SAP离心倍率越高对纸尿裤的危害也越大,这是因为粘性大的SAP 在二次表面处理的时候存在技术上的难关,没有彻底把SAP的粘性拿去,而是把SAP的主要 成分(丙烯酸)更多的残留在了SAP内,这就给下游企业的生产造成了危害,轻者刺激皮肤 重者出现严重的不适。红屁屁,湿疹等皮肤病。所以SAP的离心倍率越高SAP的粘性也就越 大,对皮肤伤害的也就越多。对于婴儿使用者来说,在心理方面来讲,SAP纸尿裤的使用会 让婴儿们产生一种依赖心,使他们无法尽早养成良好的排尿习惯。长期让孩子频繁使用尿不 湿会养成孩子的不良习惯,形成“懒惰性尿床”和“习惯性尿床” 说到最后,只有合理的使用才能让这“尿不湿”中的航天技术发挥出最大的作用,让我 们的生活更加方便、舒适。让航天技术真正的造福我们每个人。 参考文献及网站: 百度百科 百度文库( tianchongzhu)-高吸水性树脂的特性及其应用 中国卫生用品网-SAP的离心倍率对纸尿裤卫生巾的危害 宝宝树母婴平台-典典de妈 新材料在线(微信公众号)-高吸水性树脂市场研究报告
当高吸水性树脂 用于航天飞行为宇航员们解决了巨大的困扰之后，并没有停止自己的 脚步。现在当年的航天技术早已得到了广泛的普及走入了家家户户。它的问世和普及不仅让 婴儿们穿上了方便而又舒适的纸尿裤，也让妇女们是用上了舒适方便的卫生巾。它在成人失 禁用品上的应用也为那些不幸坐上轮椅或下身麻痹的残疾人带来了福音。它也用于制作宠物 垫，给那些爱宠人士带来了不少的方便。现在 SAP 在以上个人卫生的用途已达到了 90%。除 此之外，SAP 还当作保水剂在防洪袋，电缆阻水剂，食品包装材料以及农业与医疗中也得到 了广泛的应用。随着其应用领域的不断扩展，高吸水性树脂的发展前景是不可限量的。 技术再好也有利与弊，高吸水性树脂的应用也是如此。它在个人卫生穿戴上的应用给人 们带来了巨大的方便，让人们省时省力。不过用强大的吸水性牺牲掉的则是优良的透气性。 它的不透气性会造成人们皮肤的不适，对于皮肤敏感的人群会有一定的局限性，严重者还会 引起红疹等皮肤病。而且 SAP 离心倍率越高对纸尿裤的危害也越大，这是因为粘性大的 SAP 在二次表面处理的时候存在技术上的难关，没有彻底把 SAP 的粘性拿去，而是把 SAP 的主要 成分(丙烯酸)更多的残留在了 SAP 内，这就给下游企业的生产造成了危害，轻者刺激皮肤， 重者出现严重的不适。红屁屁，湿疹等皮肤病。所以 SAP 的离心倍率越高 SAP 的粘性也就越 大，对皮肤伤害的也就越多。对于婴儿使用者来说，在心理方面来讲，SAP 纸尿裤的使用会 让婴儿们产生一种依赖心，使他们无法尽早养成良好的排尿习惯。长期让孩子频繁使用尿不 湿会养成孩子的不良习惯，形成“懒惰性尿床”和“习惯性尿床”。 说到最后，只有合理的使用才能让这“尿不湿”中的航天技术发挥出最大的作用，让我 们的生活更加方便、舒适。让航天技术真正的造福我们每个人。 参考文献及网站： 百度百科 百度文库（tianchongzhu）-高吸水性树脂的特性及其应用 中国卫生用品网-SAP 的离心倍率对纸尿裤卫生巾的危害 宝宝树母婴平台-典典 de 妈 新材料在线（微信公众号）-高吸水性树脂市场研究报告